膜受容体PGRMC1の構造的知見を基盤とした生理機能の解明と制御化合物の解析

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06921
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 加部 泰明 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (20397037)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 金属タンパク質 / ヘム / 結晶構造解析 / 癌

研究実績の概要

本研究では、これまでに新規のガス応答性因子として同定した膜タンパク質PGRMC1の構造的機能制御の解明を行った。X線結晶構造解析により、PGRMC1はチロシン残基のヘム配位によって、突出したヘム同士が重なり合った特異な重合体構造を形成することを見出し、生体内ガスCOがこの重合が解離してPGRMC1の機能を阻害することを見出した。PGRMC1はがん細胞内のヘム濃度に応答して重合化することにより活性化し、がん増殖に関わるEGFRや薬物代謝酵素シトクロームP450 (CYP3A4)などと会合してがん増殖シグナルを増強し薬剤耐性を亢進するという、ダイナミックな構造変換によって機能することを明らかとしている（Nature Commun 2017、Pharmocol Res 2018）。これらの知見は、PGRMC1を標的とした新たな抗癌治療薬の創出に繋がる可能性が考えられ、PGRMC1を指標としたケミカルスクリーニングを進めている。今年度の成果としては、いくつかの天然由来の有機化合物がPGRMC1のヘムダイマー構造を特異的に認識して結合することを見出しており、この結合構造の解析を進めている。さらにこの関連誘導体を用いたスクリーニングを行い、構造活性相関の検証も行っている。これらのPGRMC1を標的とした候補化合物について、抗腫瘍活性の検証を細胞レベルおよびマウス癌移植モデルを用いた解析を行い、顕著な抗腫瘍効果を示す化合物をいくつか見出している。今後これらのPGRMC1の結合活性と抗癌作用との分子メカニズムの解明を行い、新たな抗癌治療薬シーズの創出を目指したい。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の目的であるPGRMC1に結合する薬剤についていくつか候補化合物を見出すことが出来た。さらにこれらの化合物に顕著な抗癌活性を示すことも見い出している。

今後の研究の推進方策

上記のように、PGRMC1に結合する薬剤についていくつか候補化合物の創出に成功しており、今後はこれらの候補化合物の誘導体などを用いた結合最適化を図るとともに、独自のPGRMC1の構造情報を基盤とした化合物デザインを進めて行きたい。またこれらの候補化合物の抗腫瘍効果について、PGRMC1を指標とした作用機構の解明を図ることにより、癌種特異的な作用について検証を進めて行きたいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

研究初年度はPGRMC1に結合する候補化合物のスクリーニングのためのシーズ化合物について、各種の共同研究者から無償で入手する事ができたため、初年度に計上していた予算について、次年度以降の抗癌モデルなどの実証実験のための経費に繰り越すこととした。

研究成果

• [雑誌論文] Application of high-performance magnetic nanobeads to biological sensing devices. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kabe Y, Sakamoto S, Hatakeyama M, Yamaguchi Y, Suematsu M, Itonaga M, Handa H.
  • 雑誌名: Anal Bioanal Chem. 巻: 411 ページ: 1825-1837
  • DOI: 10.1007/s00216-018-1548-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Function and structural regulation of the carbon monoxide (CO)-responsive membrane protein PGRMC1. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kabe Y, Handa H, Suematsu M.
  • 雑誌名: J Clin Biochem Nutr. 巻: 63 ページ: 12-17
  • DOI: doi: 10.3164/jcbn.17-132.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a Highly Sensitive Device for Counting the Number of Disease-Specific Exosomes in Human Sera. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kabe Y, Suematsu M, Sakamoto S, Hirai M, Koike I, Hishiki T, Matsuda A, Hasegawa Y, Tsujita K, Ono M, Minegishi N, Hozawa A, Murakami Y, Kubo M, Itonaga M, Handa H.
  • 雑誌名: Clin Chem 巻: 64 ページ: 1463-1473
  • DOI: doi: 10.1373/clinchem.2018.291963
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Baicalein Targets GTPase-Mediated Autophagy to Eliminate Liver Tumor-Initiating Stem Cell-Like Cells Resistant to mTORC1 Inhibition. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wu R, Murali R, Kabe Y, French SW, Chiang YM, Liu S, Sher L, Wang CC, Louie S, Tsukamoto H.
  • 雑誌名: Hepatology 巻: 68 ページ: 1726-1740
  • DOI: doi: 10.1002/hep.30071
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gold-nanofève surface-enhanced Raman spectroscopy visualizes hypotaurine as a robust anti-oxidant consumed in cancer survival. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiota M, Naya M, Yamamoto T, Hishiki T, Tani T, Takahashi H, Kubo A, Koike D, Itoh M, Ohmura M, Kabe Y, Sugiura Y, Hiraoka N, Morikawa T, Takubo K, Suina K, Nagashima H, Sampetrean O, Nagano O, Saya H, Yamazoe S, Watanabe H, Suematsu M.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 ページ: 1561
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-018-03899-1
  • 査読あり / オープンアクセス